Dampfturbine - Wasser als Energieträger

Wenn man zu Hause den Lichtschalter umlegt, geht das Licht an. Das ist für fast alle Menschen eine Selbstverständlichkeit. Dabei ’’fließt’’ der Strom durch die Glühbirne und die Energie wird in Form von Licht und Wärme frei.

Doch woher kommt eigentlich diese Energie?

In Österreich wird elektrische Energie zum Teil aus Wasserkraftwerken gewonnen, der Großteil wird aber in Wärmekraftwerken ’’erzeugt’’. Und in diesen Kraftwerken werden in erster Linie Dampfturbinen eingesetzt.

Abb.: modernes Wärmekraftwerk in Hannover/Deutschland. Als Brennstoff wird Steinkohle verwendet.

Was schon die alten Griechen wussten.....

Die Funktionsweise der Dampfturbine beruht auf einem schon sehr lange bekannten Prinzip. Schon Heron von Alexandria entwickelte in der griechischen Antike eine Art Dampfmaschine. Ihre Nachfolger waren die Dampfmaschinen, die in Europa für die industrielle Revolution verantwortlich waren. Sie hatten aber einen Nachteil, einen sehr niedrigen Wirkungsgrad. Das heißt, dass das Verhältnis von investierter Energie, in Form von Kohle oder Ähnlichem, zur erhaltenen Energie sehr niedrig war. Erst mit der Erfindung der Dampfturbine hatte man eine Wärmekraftmaschine zur Verfügung, die einen zufrieden stellenden Wirkungsgrad von bis zu 45% erreichen konnte.

Prinzip

Man erzeugt wie bei einer Dampfmaschine in einem Kessel Dampf, der unter einem hohem Druck steht. Den Dampf leitet man zu Düsen, aus denen er mit hoher Geschwindigkeit austritt. Er trifft dann mit hoher kinetischer Energie auf die etwas schräg stehenden Schaufeln eines Laufrades. Die Schaufeln werden dabei ähnlich wie die Schaufeln eines Windrades zur Seite weggeschoben. Das Laufrad wird in Drehung versetzt. Der Dampf verrichtet auf Kosten seiner kinetischen Energie Beschleunigungsarbeit. Da er am Anfang der Turbine eine höhere kinetische Energie hat als an ihrem Ende, muss man die Form der Schaufeln anpassen. Sie sind am Ende länger als am Beginn. Dadurch erreicht man ein ungestörtes Weiterströmen des Dampfes in der Turbine.

Abb.: Schaufelräder einer Dampfturbine.

In einer Dampfturbine wird also letztendlich die bei der Verbrennung des Brennstoffes am Dampfkessel frei werdende innere Energie in mechanische Energie umgewandelt. Dabei hat der Dampf die Funktion eines Energietransporters.